Физиологические изменения опорно-двигательного аппарата в подростковый период онтогенеза. Влияние физической нагрузки на рост и развитие подростков

Сохранение здоровья подрастающего поколения в настоящее время относится к числу наиболее актуальных проблем. Эволюционное развитие человека предопределило нормальное функционирование всех его органов и систем в условиях активной двигательной деятельности. Организм человека развивается и формируется в процессе постоянной двигательной деятельности, требующей значительного мышечного напряжения. Известно, что физическая нагрузка является важнейшим фактором жизнедеятельности, без которого не могут полноценно развиваться и совершенствоваться все физиологические системы организма (Беляев, 1995; Вальсевич с соавт., 1995; Граевская, 1996; Сонькин с соавт., 1996; Петленко, 1998; Вальсевич, 2000). Кроме того, физические нагрузки являются естественным стимулом не только для нормальной жизнедеятельности, но и биологического развития, особенно в ранние периоды онтогенеза и в пубертатный период (Сухарев, 1991; Алифанова, 2002; Тамбовцева, 2002). Особенности двигательных действий и закономерности формирования двигательных умений и навыков во многом предопределяют дидактические особенности физического воспитания.

Известно, что физическое развитие детей и подростков - непрерывный процесс и на каждом возрастном этапе оно характеризуется определенным комплексом связанных между собой и с внешней средой морфофункциональных свойств организма. С наступлением периода полового созревания в растущем организме происходят значительные перемены в длине, массе, составе и пропорциях тела, в функционировании различных органов и систем. В костной ткани продолжается процесс окостенения, который в основном завершается в юношеском возрасте. К 13 годам завершается окостенение пястных и запястных отделов рук, затем фаланг пальцев ног (у девушек к 13-17 годам, у юношей к 15-21 году) (окостенение фаланг пальцев рук оканчивается к 19-21 году). Незавершенный процесс окостенения позвоночника может привести у подростков к различным его повреждениям при больших нагрузках. Окончательно процесс окостенения завершается к 25-летнему возрасту. Особенно заметным является «пубертатный скачок роста» - резкое увеличение длины тела, в основном за счет быстрого роста трубчатых костей. У девочек он наступает в среднем около 13 лет, когда ежегодный прирост у них достигает 8 см, а у мальчиков – в 14 лет, составляя до 10 см в год. При этом у подростка непривычно вытягиваются конечности, но отстает рост грудной клетки. Временно нарушаются привычные пропорции тела и координация движений. Проявляются избыточность или дефицит массы тела (Обреимова, Петрухин, 2000).

В возрасте 8-18 лет значительно изменяется длина и толщина мышечных волокон. Происходит созревание быстрых утомляемых гликолитических мышечных волокон и с окончанием переходного периода устанавливается индивидуальный тип соотношения медленных и быстрых волокон в скелетных мышцах. Подростки в этот период неловки и угловаты. Движения их недостаточно координированы. Во всех их действиях наблюдается обилие лишних движений, соответственно значительно повышаются энерготраты на мышечную и познотоническую работу.

Постепенное и поэтапное упрочение костей, связочного аппарата и мышечной массы у подростка делает необходимым постоянно следить за формированием его правильной осанки и развитием мышечного корсета, избегать длительного использования асимметричных поз и односторонних упражнений, чрезмерных отягощений. Неправильное соотношение тонуса симметричных мышц приводит к асимметрии плеч и лопаток, сутулости и прочим функциональным нарушениям осанки. В среднем школьном возрасте нарушения осанки встречаются в 20-30% случаев, искривления позвоночника – в 1-10% случаев. У девочек и девушек осанка является более прямой, чем осанка мальчиков и юношей (Анастасова с соавт., 2000).

Созревание опорно-двигательного аппарата и центральных регуляторных механизмов обеспечивает развитие важнейших качественных характеристика двигательной деятельности. На средний и старший школьный возраст приходятсясенситивные периоды развития силы, быстроты, ловкости и выносливости, однако, в последние годы характерной особенностью современного образа жизни подростков является уменьшение объема двигательной активности, снижение мышечных затрат в сочетании с нервно-психическими перегрузками (Любомирский с соавт., 1991; Ямпольская, 2000; Рубанович, 2004). Взаимосвязь между двигательной активностью и гармоничным физическим развитием и здоровьем особенно существенно проявляется в период интенсивного роста и полового созревания (Аршавский, 1975; Корниенко, Сонькин, 1991; Айзман, 1994; Белова, 2004).

Подростковый возраст обладает большими потенциальными возможностями для совершенствования и гармоничного развития и физическая активность играет важную роль в данном процессе (Шедрина, 2003). Под влиянием систематических занятий различными видами спорта значительно улучшается физическое развитие, активируется работа всех органов и систем, повышается работа организма, направленная на мобилизацию функциональных возможностей (Алифанова, 2002). Чем больше движений совершает ребенок в повседневной жизни, в процессе учебной деятельности, во время занятий физической культурой, тем больше образуется временных связей между двигательными и другими анализаторами и связей внутри самого двигательного анализатора. Во время движения происходит раздражение проприорецепторов скелетных мышц, интерорецепторов внутренних органов и рефлекторно через ЦНС стимулируются жизненные процессы в клетках, тканях, органах, составляющих различные функциональные системы организма. Повышается обмен веществ и как следствие - кислородный запрос. Усиливаются катаболизм и анаболизм в субклеточных структурах, что приводит к обновлению клеток и росту их биоэнергетического потенциала. Мощная афферентация, поступающая в процессе двигательной деятельности от проприорецепторов мышц, суставов, связок, рецепторов внутренних органов, направляется в кору больших полушарий. На этой основе кора формирует функциональную систему, объединяющую отдельные структуры головного мозга, все моторные уровни ЦНС и избирательно мобилизирующую отдельные мышечные группы. Одновременно нейрогенное звено управления воздействует на центры, регулирующие кровообращение, дыхание, другие вегетативные функции, гормональное звено. Научно обоснованная двигательная деятельность в виде занятий физической культурой способствует правильному формированию осанки, адекватному развитию мышечного «корсета» в период интенсивного роста, особенно в пубертатный период, характеризующийся ростовым скачком (Покровский, Коротько, 2003).

В процессе моторного развития нервные окончания и мышцы созревают в направлении сверху вниз и от центра к периферии. В результате этого подросток может контролировать деятельность нижних частей тела, приобретать двигательные навыки. При малоподвижном образе жизни или недостаточных нагрузках двигательных функций моторное развитие замедляется. Однако костно-мышечная система подростка очень чувствительна, поэтому каждое новое умение представляет собой конструкцию, которая возникает по мере того, как он реорганизует имеющиеся навыки в более сложные системы действий. Поначалу эти движения могут быть малоэффективными и нескоординированными. По прошествии определенного времени такие конструкции реорганизуются, регулируются самосознанием подростка, и движения становятся плавными, скоординированными (так происходит, например, когда человек учится кататься на коньках) (Казанская, 2008).

В развитии костно-мышечной системы мальчиков и девочек имеются различия. У мальчиков–подростков доля мышечной ткани больше, а жировой меньше, чем у девочек. Поэтому они лучше выполняют задания, связанные с физической выносливостью и силой. Однако известно, что иногда девочки–подростки продолжают расти в период между 12–17 годами, прибавляют в весе, тем не менее, мальчики остаются сильнее. Иногда наблюдается и другой факт: девочки, продолжая физические тренировки и занятия спортом, не только достигают силы и выносливости мальчиков, но и опережают их в этом. Правда, они начинают приобретать некоторые физические признаки, характерные для мужчин (Зимкин, 1956).

У подростков, систематически занимающихся спортом, в отличие от их сверстников, которые ограничиваются занятиями на уроках физической культуры, развитие физических качеств происходит более гармонично и на значительно более высоком уровне. Показатели развития двигательной функции у детей 12-14 лет, занимающихся спортом, могут изменяться в диапазоне от 5% до 25% в зависимости от использования различных средств физического воспитания (Брянкин с соавт., 1977; Гужаловский, 1979; Платонов, Булатова, 1992).

Следует также отметить, что у подростков, регулярно занимающихся спортом, прирост показателей развития физических качеств в течение трех лет в два раза превышает средние величины прироста, характерные для учащихся, не занимающихся систематически спортом (Бондаревский, 1983; Алабин с соавт., 1993; Губа, 1998).

Систематические, правильно дозированные физические нагрузки оказывают также непосредственное влияние на развитие основных свойств нервной системы подростков. У детей-спортсменов уже через 6 месяцев занятий повышается лабильность нервной системы. Повышение лабильности зависит от конкретной формы активности, наиболее интенсивно она развивается при занятии футболом, сравнительно меньше при занятии гимнастикой и еще меньше при занятии плаванием (Салатинян, 1977).

Следует также отметить, что занятия физической культурой усиливают у девочек и мальчиков чувство физической состоятельности, формируют положительный образ тела, приводят к появлению целеустремленности, выдержки и напористости (Матвеев, 1999).

Под влиянием продолжительного ограничения мышечной активности (гиподинамии) наблюдается нарушение энергетических и пластических процессов в костях и сердечной мышце, изменяется состав костей, нарушается белковый, фосфорный и особенно кальциевый обмен. Аварийная фаза адаптации к гиподинамии характеризуется первичной мобилизацией реакций, которые компенсируют недостаток двигательных функций. К реакциям организма на гиподинамию привлекается, прежде всего, нервная система с ее рефлекторными механизмами. Взаимодействуя с гуморальными механизмами, нервная система организует защитные реакции адаптации на действие гиподинамии. К ним относится возбуждение симпато-адреналовой системы, которое связано у большинства с эмоциональным напряжением. Такая последовательность реакций организма предопределяет частичную кратковременную компенсацию нарушений кровообращения в виде возрастания сердечной деятельности, повышения сосудистого тонуса и кровяного давления, усиления дыхания (вентиляции легких). Выделение адреналина и возбуждение симпатического отдела вегетативной нервной системы способствуют повышению уровня катаболизма в тканях. Но эти реакции кратковременны и быстро угасают, если гиподинамия продолжается. Дальнейшее развитие гиподинамии приводит к снижению метаболизма. Уменьшается выделение энергии и интенсивность окислительных процессов в тканях. В крови снижается содержание двуокиси углерода, молочной кислоты и других продуктов метаболизма, которые обычно стимулируют дыхание и кровообращение (Ямпольская, 2000).

Продолжительная гиподинамия существенно ухудшает функциональное состояние сердца, что проявляется в повышении частоты сердечных сокращений, изменении фазовой структуры сердечного цикла, снижении объема крови в процессе каждой систолы. Постепенно уменьшается количество крови, которое циркулирует по сердечно-сосудистой системе, происходит перераспределение ее массы. Относительное увеличение внутригрудного объема крови при снижении гидростатического давления включает рефлекторные механизмы, которые способствуют продукции антидиуретического гормона, увеличению диуреза и потере плазмы. Изменение водного обмена объединяется с потерей электролитов, особенно натрия и калия. Это, в свою очередь, влияет на функциональную активность нервных тканей (Дубровский, 1989; Новиков, 2003).

Выявлено, что при гиподинамии происходит непрерывная потеря организмом кальция. Это связано с тем, что при уменьшении нагрузки на костную систему со стороны мышечно-связочного аппарата, при длительном ограничении физической подвижности, развивается относительная порозность (разреженность) костной ткани. При этом выявлено, что дополнительное введение в организм кальция вместе с пищей малоэффективно, так как нарушения физических механизмов, регулирующих минеральный, в частности кальциевый, обмен, весьма серьезны (Дубровский, 1989).

Существенная перестройка регуляторных механизмов выводит организм на новый уровень функционирования. Гиподинамия характеризуется обедненностью афферентной стимуляции клеток головного мозга, что приводит к преобладанию в них тормозных процессов и снижению их работоспособности. Развивается выразительная астенизация функций центральной нервной системы, снижается умственная работоспособность, повышается утомляемость, слабеет память, затрудняется логическое мышление, происходят другие нарушения. В данном случае ухудшается также подвижность нервных процессов, которая свидетельствует об общем снижении тонуса центральной нервной системы (Чумаков, 1997).

В связи с вышесказанным, необходимо отметить, что в последние годы в нашей стране в целях профилактики гиподинамии детей и подростков создаются все лучшие условия для занятий спортом, активно ведется пропаганда здорового образа жизни среди населения и, как следствие, постепенно начинает развиваться тенденция к массовости физической культуры и спорта. При этом известно, что разные виды спорта по-разному влияют на развитие постуральной системы человека. В некоторых видах спорта (гимнастика, борьба, черлидинг и др.), степень развития функции равновесия является одним из важнейших критериев профессионального отбора и физической подготовленности спортсменов, например, в таких видах спорта, как гимнастика, борьба, черлидинг, и др. Необходимо отметить, что существует классификация видов спорта по характеру их воздействия на связочно-мышечный и костно-суставный аппараты, степени участия тех или иных групп мышц в работе и особенностям спортивной рабочей позы при выполнении специфических физических упражнений при занятием симметричными, асимметричными и смешанными видами спорта (Егоров, 1983). При этом ответ на вопрос о влиянии разных видов спорта на развитие функции равновесия в подростковом возрасте в литературе освящен недостаточно. Предполагаемое нами исследование поможет понять степень влияния симметричных видов спорта на особенности развития и совершенствования постуральной системы в подростковом периоде онтогенеза.